On negative refraction in electron optics

Negative refraction is investigated within the context of both relativistic and non-relativistic electron optics. In fact, starting from the de Broglie wave-particle dualism, the negative refractive index as a function of wavelength is determined for both relativistic and non-relativistic electrons. Comparison with photon optics is done. Negative refractive index averaged over both sufficiently small and sufficiently large wavelength ranges is found to be tending to minus unity and minus infinity, respectively. In addition, the sensitivity to wavelength of the negative refractive index is evaluated.     

Theoretical determination of the photon rest-mass

A mathematical expression for the photon rest-mass as a function of wavelength is derived by considering the fact that the refractive index of photons in free space depends upon wavelength and by considering the Sellmeier formula. In this context, free space does not coincide with vacuum.     

Photon mass and negative index of refraction

A mathematical expression is established for negative refractive index within the context of non-zero photon rest-mass. From this expression, a key inequality involving the mass in question as a function of wavelength is derived. In addition, an approximate parabolic relationship for the refractive index is obtained.     

倾斜入射薄膜滤光片偏振控制的优化算法

利用多层膜的特征矩阵关系式和有效界面法,推导出间隔层的厚度和有效折射率与两个偏振分量的中心波长差值和通带半宽差值之间的三个隐函数表达式.通过调整薄膜滤光片间隔层的厚度和有效折射率,控制两个偏振分量中心波长的相对位置.模拟计算表明:改变间隔层的有效折射率和厚度,可以调整中心波长差值和通带半宽差值,实现两个偏振分量截止偏振不分离或中心波长偏振不分离.优化算法可以实现对倾斜入射薄膜滤光片的偏振控制.     

角度调谐滤光片偏振控制的间隔层折射率寻优算法

斜入射滤光片的S偏振和P偏振的中心波长会发生分离,而通过调整间隔层的有效折射率,可使有角度入射滤光片两个偏振分量的中心波长相重合。由相位关系分析着手,利用多层膜的特征矩阵关系式,推导出间隔层中间折射率和P偏振及S偏振的中心波长的两个隐函数表达式,由此可快速解出所寻找的中间折射率及对应的中心波长数值。单腔和三腔的两个具体实例的模拟计算表明:采用此算法,对于调谐到一特定角度入射的滤光片能很快地求出准确的中间折射率数值,应用此中间折射率即可使P偏振和S偏振的中心波长很好地重合。入射角从0°到30°的实例偏差分析表明此算法的精确度高,这对于减少偏振分量特性之间的分离以及滤光片的宽角度调谐有着良好的意义。     

基于光纤M-Z干涉的高灵敏度液体折射率传感器的实验研究

提出并制备了一种基于Mach-Zehnder干涉效应的高灵敏度光纤液体折射率传感器.分别利用NaCl溶液和甘油溶液,研究了传感器的透射光谱和外界介质折射率的关系.实验结果表明,随着周围介质折射率的增大,传感器干涉谱的极小值点对应的波长向长波方向漂移,在1.333~1.356的折射率变化范围内,极小值点对应的波长的漂移量和折射率的变化具有较好的线性关系,对应的灵敏度约为4 086 nm/refractive-index.该传感器制作简单、结构紧凑,在生物和化学测量中具有较好的应用前景.     

基于光纤M-Z干涉的高灵敏度液体折射率传感器的实验研究

提出并制备了一种基于Mach-Zehnder干涉效应的高灵敏度光纤液体折射率传感器.分别利用NaCl溶液和甘油溶液,研究了传感器的透射光谱和外界介质折射率的关系.实验结果表明,随着周围介质折射率的增大,传感器干涉谱的极小值点对应的波长向长波方向漂移,在1.333～1.356的折射率变化范围内,极小值点对应的波长的漂移量和折射率的变化具有较好的线性关系,对应的灵敏度约为4 086nm/refractive-index.该传感器制作简单、结构紧凑,在生物和化学测量中具有较好的应用前景.     

微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性研究

利用光纤布拉格光栅方程和光纤基模有效折射率随纤芯半径和环境折射率的函数关系, 建立了微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)反射波长随环境折射率变化的数学模型, 给出了波长灵敏度函数, 并指出MNFBG反射波长的变化规律决定于有效折射率随纤芯半径和环境折射率变化的关系. 详细探究了有效折射率及其灵敏度的变化规律, 结果表明: 有效折射率随纤芯半径和环境折射率的减小而非线性减小, 其对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增加, 而且随纤芯半径减小, 有效折射率的灵敏度、线性度以及线性响应范围均呈递增规律. 通过对纤芯半径为0.5 μm的MNFBG在1.20–1.30和1.33–1.43 环境折射率范围内的波长响应关系拟合, 分别获得了477.33 nm/RIU和856.30 nm/RIU的波长灵敏度以及99.58 %和99.7%的高线性度, 论证了分析结论以及折射率区间划分测量方案的正确性, 为MNFBG折射率传感器的设计、优化以及应用提供了参考依据. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感 数值模拟     

光纤布拉格光栅温度灵敏性的实验研究

在-150～550℃的温度范围内测量了光纤布拉格光栅中心反射波长的温度灵敏性。光栅波长的温度响应是非线性的。通过对试验数据的三次多项式进行拟合分析,结果表明:波长为1500nm左右的光栅具有相同的温度敏感性;波长对温度变化的响应(ΔλB/ΔT)主要是由折射率的变化(dn/dT)引起的,dn/dT随着温度的降低而减小;得到了温度灵敏系数关于温度的二次表达式,并给出了在-150～550℃温度范围内波长变化的快速估算。     

A theoretical result on dispersion in a photonic crystal

A theoretical result on the type of dispersion of a photonic crystal is derived by using the fact that the refractive index of the crystal is a periodic function of wavelength whose period is the atomic lattice spacing of the crystal as well as by using Rolle's theorem of differential calculus.     

长周期光纤光栅的折射率敏感特性

利用光波导的耦合模理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的折射率传感特性,给出了LPFG 的谐振波长相对于环境折射率变化时的漂移量解析表达式.对 LPFG 的折射率传感特性进行了数值模拟.结果表明:在光栅周期不变的情况下,当包层折射率小于且接近外界环境折射率时,波长的漂移量增大,且对应的模次越高、包层半径越小、包层折射率越小,波长漂移量越大,即 LPFG 对应于外界折射率传感灵敏度得到显著提高;当外界环境折射率大于包层折射率时,光栅的谐振波长将近似不变.     

高显色白光LED的制备及其变温特性

分别用黄色、红色荧光粉和黄色、红色、绿色荧光粉制备了两种高显色指数白光发光二极管(LED),调整荧光粉的比例使显色指数达到最高。对两种样品进行光学测试,发现加绿粉的样品光通量比较大,这是因为加绿粉后绿光成分较多,而绿光的视效函数比红光的大得多。对两种样品进行10℃～90℃的变温测试,发现发光效率都降低,显色指数反而升高。发光效率降低一方面是由芯片的内量子效率降低引起的,另一方面是芯片的发射波长红移使其与荧光粉的激发波长不匹配,并且荧光粉在升温时激发效率会降低。显色指数升高是因为高温时芯片发出的蓝光光谱变宽,使得整个光谱相对于室温时的光谱更平滑,更接近太阳光谱。     

基于分光光度计的食用油折射率实验研究

为获取不同食用油的光学色散特异性,须研究其折射率随波长变化特征.忽略光的散射影响后,建立了一种用于分光光度计的新双层载玻片模型,用此载玻片分别盛载菜籽油、芝麻油、餐厨废弃油、掺伪菜籽油、掺伪芝麻油,实验获取380～1500 nm的透射光谱,进而研究了5种油品的折射率随波长变化特征.研究结果表明5种油品的折射率随波长的变...     

Dispersion Properties of Photonic Crystal Fiber: Comparison by Scalar and Fully Vectorial Effective Index Methods

The development of analysis and simulation of propagation characteristics of photonic crystal fiber (PCF) using scalar and fully vectorial effective index methods are described. As a result, we report how the fundamental space filling mode, guided mode and dispersion of the PCF depends on its structural parameters like its normalized air hole spacing, center-to-center spacing of the air holes in the photonic crystal or pitch and radius of the unit cell. Normalized frequency parameter V_eff as a function of normalized wavelength for various relative air hole sizes is obtained to estimate the dispersion characteristics of PCF. It is observed that wavelength of zero dispersion, ultraflattened dispersion response and high negative dispersion remarkably differ from two different effective index methods.     

Direct measurement of group dispersion of optical components using white-light spectral interferometry

We present a simple white-light spectral interferometric technique employing a low-resolution spectrometer for a direct measurement of the group dispersion of optical components over a wide wavelength range. The technique utilizes an unbalanced Mach-Zehnder interferometer with a component under test inserted in one arm and the other arm with adjustable path length. We record a series of spectral interferograms to measure the equalization wavelength as a function of the path length difference. We measure the absolute group refractive index as a function of wavelength for a quartz crystal of known thickness and the relative one for optical fiber. In the latter case we use a microscope objective in front and a lens behind the fiber and subtract their group dispersion, which is measured by a technique of tandem interferometry including also a Michelson interferometer.     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

掺铒光纤非线性折射率的理论研究

建立了掺杂光纤折射率的普适公式，并利用激光运动方程，推导出折射率随泵浦光强的变化关系，给出了在典型参数下的折射率－光功率变化曲线。发现，在激光中心频率１．５３μｍ附近，当泵浦光强远大于泵浦阈值时，掺铒光纤折射率变化量在１０＾－７量级，这比在相同泵浦光克尔效应引起的变化大３０倍左右，并且这一变化量存在极限，这一极限由掺铒光纤的特性参数唯一确定。     

Linear optical characterization of chalcogenide glasses

A simple experimental method is used to obtain the evolution of both the refractive index and the linear absorption coefficient as a function of the optical wavelength in the near infrared range (from 900 up to 1700 nm with 10 nm resolution). Several chalcogenide glasses (As₂S₃, As₂Se₃, GeSe₄) are tested and the corresponding Cauchy coefficients are determined. Comparison of our results shows a good agreement with values available in the literature at some wavelength. Application of this method is used to estimate Cauchy coefficients of Ge₁₀As₁₀Se₈₀ for the first time to our best knowledge.     

波长调制型表面等离子体共振的传感特性研究

表面等离子体共振(SPR)光学传感器能实现生物医学的快速、 无标记、 高精度检测,是生物化学分析的重要方法。 研制了基于波长调制型的Kretschmann结构表面等离子体共振(SPR)生物传感系统,研究了在体溶液传感方式下的传感性能。 利用不同浓度的乙醇和乙二醇溶液进行体溶液传感测试。 实验结果表明,在折射率低时共振波长对折射率变化响应的灵敏度低,但响应的线性度高;随着折射率增大,共振波长对折射率的响应变化的灵敏度提高。 在1.407 0～1.430 RIU折射率范围内,灵敏度高达11 487 nm·RIU-1。 传感器的共振波长的稳定性为0.213 8 nm,可分辨最小折射率趋近10-6 RIU。 所研制的波长调制型表面等离子共振传感器操作简单、 灵敏度高、 检测范围大,可实现浓度极低生物标记物的有效检测,在化学、 生物传感领域有重要的应用。     

SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.